數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)
數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì),數(shù)控車床,自動(dòng),回轉(zhuǎn),刀架,設(shè)計(jì)
南京航空航天大學(xué)金城學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書
題 目
數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)
系 部
機(jī)電系
專 業(yè)
機(jī)械制造及自動(dòng)化
學(xué)生姓名
學(xué)號
指導(dǎo)教師
楊雪峰
職稱
講師
畢設(shè)地點(diǎn)
南京航空航天大學(xué)
年 月 日
填 寫 要 求
1.任務(wù)書只需填寫“內(nèi)容及要求”、“主要技術(shù)指標(biāo)”、“進(jìn)度安排”、“參考文獻(xiàn)”等四部分內(nèi)容,其他信息由系統(tǒng)自動(dòng)生成,不需要手工填寫。
2.為了與網(wǎng)上任務(wù)書兼容及最終打印格式一致,任務(wù)書采用固定格式,各表行高度固定不變,如有變化請調(diào)整內(nèi)容以適應(yīng)表格大小,切勿輕易改變格式。
3.請嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范要求填寫“參考文獻(xiàn)”。
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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題任務(wù)書
學(xué)生姓名
學(xué)號
系部
機(jī)電系
題 目
數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)
題目來源
其他
題目性質(zhì)
工程設(shè)計(jì)
類 別
畢業(yè)設(shè)計(jì)
團(tuán) 隊(duì)
1.內(nèi)容及要求:
數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分,它主要用于夾持切削用的刀具,因此其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和切削效率,所以,刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度,以承受加工時(shí)的切削抗力。由于切削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置,所以要求數(shù)控車床選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu),以保證有較高的定位精度和重復(fù)定位精度。在一定程度上,刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平。因而,數(shù)控用電動(dòng)刀架的設(shè)計(jì)與控制已是人們所面臨的一個(gè)新課題。
本文主要進(jìn)行刀架機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算。具體工作為:
設(shè)計(jì)一種回轉(zhuǎn)刀架,實(shí)現(xiàn)刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位和刀架鎖緊等動(dòng)作要求,應(yīng)滿足換刀時(shí)間短,刀具重復(fù)定位精度高,足夠的刀具儲存量,換刀安全可靠等技術(shù)要求。
2.主要技術(shù)指標(biāo):
(1)設(shè)計(jì)數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架機(jī)械系統(tǒng);
(2)刀架形式:電動(dòng)6工位回轉(zhuǎn)刀架;
(3)設(shè)計(jì)參數(shù):
刀位數(shù)
電動(dòng)功率(瓦)
電機(jī)轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分
重復(fù)定位精度
工作可靠性
換刀時(shí)間(單位:S)
6
120
1400
≤0.005
>3000
60°
120°
180°
240°
300°
360°
1.5
2
2.5
3
3.5
4
3.進(jìn)度安排:(包括起迄日期、主要工作內(nèi)容等)
第一周:搜集資料,熟悉課題
第二周:刀架系統(tǒng)的需求分析
第三周:刀架系統(tǒng)的需求規(guī)格說明的完善
第四周:系統(tǒng)的概要設(shè)計(jì),主要為方案設(shè)計(jì)
第五周:方案的完善
第六周:機(jī)械結(jié)構(gòu)的計(jì)算
第七周:繪制機(jī)構(gòu)草圖
第八周:繪制刀架裝配圖
第九周:繪制零件圖
第十周:說明書初稿的撰寫
第十一周:修改論文
第十二周:完成論文,制作PPT,準(zhǔn)備答辯。
4. 參考文獻(xiàn):
[1] 孫淑婷,楊旺利。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床發(fā)展探討??萍记閳?bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),1997
[2] 鄭傳禮。數(shù)控的現(xiàn)狀與發(fā)展。兵工自動(dòng)化,1997
[3] 章富安,等。對我國數(shù)控技術(shù)發(fā)展的思考。中國機(jī)械工程,1999
[4]胡俊,等。主從式數(shù)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通訊。機(jī)床與液壓,2000
[5]黃勇,等。機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。機(jī)械,1997
[6]范成林,等。一個(gè)數(shù)控程序的檢驗(yàn)仿真系統(tǒng)。機(jī)械,1996
[7]文登敏,蔡淮。微機(jī)數(shù)控加工程序的編譯。組合機(jī)床與自動(dòng)化加工機(jī)床,1996
[8]鄒繼軍,饒運(yùn)淘?;赟JA1000 CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。單片機(jī)與嵌入式系
[9]王文熙,李蘭基。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)的性能分析。制造技術(shù)與機(jī)床,1999
[10]張超英。數(shù)控車床。化學(xué)工業(yè)出版社,2003
[11]孫和平,楊寧,白晶。單片微機(jī)原理與接口技術(shù)。冶金工業(yè)出版社,2003
指導(dǎo)教師簽字:
年 月 日
上級審查意見:
負(fù)責(zé)人簽字: 年 月 日
目錄
前言 1
第一章 緒論 3
第二章 數(shù)控車床自動(dòng)換刀裝置 5
2.1概述 5
2.2 刀具自動(dòng)換刀形式 6
2.3 數(shù)控車床刀架的功能、類型和滿足的要求 7
第三章 車削中心動(dòng)力刀架總體方案設(shè)計(jì) 11
第四章 典型零件的設(shè)計(jì)和選用 18
4.1 動(dòng)力刀架傳動(dòng)部分 18
4.2 動(dòng)力刀架的分度機(jī)構(gòu)部分 25
4.3 動(dòng)力刀架動(dòng)力刀具部分 31
第五章 車削中心動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架三維制作 36
5.1 典型零部件實(shí)體制作 36
5.2 裝配圖、剖視圖、爆炸圖 39
第六章 總結(jié) 42
致謝 43
參考文獻(xiàn): 44
前言
制造業(yè)是一個(gè)國家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱,其發(fā)展水平標(biāo)志著該國或地區(qū)經(jīng)濟(jì)的實(shí)力,科技水平,生活水準(zhǔn)和國防實(shí)力。國際市場的競爭歸根到底是各國制造生產(chǎn)能力及機(jī)械制造裝備的競爭。
自從20世紀(jì)60年代世界上第一臺數(shù)控機(jī)床問世以來,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)等各相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展,數(shù)控技術(shù)已成為現(xiàn)代先進(jìn)制造系統(tǒng)(FMS,CIMS等)中不可缺少的基礎(chǔ)技術(shù)。由于機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜,種類繁多。現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的“使用難、維修難”問題,已經(jīng)是影響數(shù)控機(jī)床有效利用的首要問題。
工業(yè)發(fā)達(dá)國家都非常注重機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展,為了用先進(jìn)技術(shù)和工藝裝備制造業(yè),機(jī)械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展。對比之下,我國目前機(jī)械制造業(yè)的裝備水平還比較落后,表現(xiàn)在大部分工廠的機(jī)械制造裝備基本上是通用機(jī)床加專用工藝裝備,數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重還非常低,導(dǎo)致“剛性”強(qiáng),更新產(chǎn)品速度慢,生產(chǎn)批量不宜太小,生產(chǎn)品種不宜過多;自動(dòng)化程度基本上還是“一個(gè)工人,一把刀,一臺機(jī)床”,導(dǎo)致勞動(dòng)生產(chǎn)率低下,產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。 因此,要縮小我國同工業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距,我們必須在機(jī)械制造裝備方面大下功夫,其中最重要的一個(gè)方面就是增加數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重[1]。
本課題為車削中心動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計(jì)及三維制作,該刀架能夠在一次裝夾中完成多道工序,使加工范圍擴(kuò)大,大大提高了加工精度和生產(chǎn)效率。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為:1.車削中心動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架總體布局設(shè)計(jì);2.動(dòng)力刀架傳動(dòng)部分設(shè)計(jì);3.動(dòng)力刀架分度機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì);4.動(dòng)力刀架刀具設(shè)計(jì);5.外文資料的翻譯。
分度機(jī)構(gòu)和動(dòng)力刀具部分設(shè)計(jì)是這次設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)內(nèi)容,同時(shí)也是難點(diǎn)。通過廣泛查閱文獻(xiàn)資料,參觀數(shù)控車床實(shí)物樣機(jī)以及與指導(dǎo)老師相互討論等途徑,擬定了如下的研究手段:
回轉(zhuǎn)刀架的換刀分為刀盤抬起、刀架鎖緊和刀盤轉(zhuǎn)位三個(gè)動(dòng)作。其中刀盤抬起和刀架鎖緊由液壓來實(shí)現(xiàn),而刀盤轉(zhuǎn)位則由伺服電機(jī)來驅(qū)動(dòng)。刀盤抬起動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)須經(jīng)以下步驟:數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀盤抬起命令液壓系統(tǒng)啟動(dòng)壓力油進(jìn)入液壓缸右腔活塞向左運(yùn)動(dòng)刀架主軸向左移動(dòng)端齒盤脫離嚙合刀盤抬起。刀盤轉(zhuǎn)位動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)順經(jīng)以下步驟:數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀盤轉(zhuǎn)位的命令伺服電機(jī)啟動(dòng)圓柱凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)刀架主軸轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀盤轉(zhuǎn)位。刀盤鎖緊動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)順經(jīng)以下的步驟: 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀盤鎖緊順序動(dòng)作:碟形彈簧復(fù)位活塞向右運(yùn)動(dòng)刀架主軸向右移動(dòng)端齒盤嚙合實(shí)現(xiàn)刀盤鎖緊。
第一章 緒論
1.1國內(nèi)外數(shù)控車床的研究狀況與成果
我國從1958年開始研究數(shù)控機(jī)床,一直到20世紀(jì)60年代中期還處于研制開發(fā)時(shí)期。當(dāng)時(shí),一些高等院校,科研單位研制出試樣樣機(jī),是從電子管起步的。
1965年,國內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代末至70年代初研制成了劈錐數(shù)控銑床,數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)。CIL—18晶體管數(shù)控系統(tǒng)及Z53K—1G立式數(shù)控銑床。
從20世紀(jì)70年代開始,數(shù)控技術(shù)在車,銑 ,鏜,磨,齒輪加工,電加工等領(lǐng)域全面展開,數(shù)控加工中心在上海,北京研制成功。但由于電子元器件的質(zhì)量和制造工藝水平差,致使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性,穩(wěn)定性末行到解決,因此末能廣泛推廣。
20世紀(jì)80年代,我國從昌本發(fā)那科公司引進(jìn)了3,5,6,7等系列的數(shù)控系統(tǒng)和直流伺服電機(jī),直流主軸電機(jī)等制造技術(shù),以及引進(jìn)美國GE公司的MCI系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng),德國西門子VS系列可控硅調(diào)速裝置,并進(jìn)行了商品化生產(chǎn).這些系統(tǒng)可靠性高,功能齊全。與此同時(shí),還自行開發(fā)了3、4、5軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)以及雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步數(shù)控系統(tǒng)(用于火焰切割機(jī))和新品種的伺服電機(jī),推動(dòng)了我國數(shù)控機(jī)床穩(wěn)定發(fā)展,使我國數(shù)控機(jī)床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)的飛躍。
1985年,我國數(shù)控機(jī)床的品種有了新的發(fā)展。數(shù)控機(jī)床品種不斷增多,規(guī)格齊全。許多技術(shù)復(fù)雜的大型數(shù)控機(jī)床,重型數(shù)控機(jī)床都相繼研制出來。為了跟蹤國外現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展,北京機(jī)床研究所研制出了JCS-FMS-1型和2型的柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)。這個(gè)時(shí)期,我國在引進(jìn),消化國外技術(shù)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了大量開發(fā)工作。一些較高檔次的數(shù)控系統(tǒng)(5軸聯(lián)動(dòng)),分辨率為0.02的高精度數(shù)控系統(tǒng),數(shù)字仿型數(shù)控系統(tǒng)為柔性單元配套的數(shù)控系統(tǒng)都開發(fā)出來了,并造出樣機(jī)。
我國的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過“六五”,“七五”,“八五”,到“九五”的近20年的發(fā)展,基本上掌握了關(guān)鍵技術(shù),建立了數(shù)控開發(fā),生產(chǎn)基地,培養(yǎng)了一批數(shù)控人才,初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)。“十五”攻關(guān)開發(fā)的成果:華中號、中華號、航天號和藍(lán)天號4種基本系統(tǒng)建立了具有中國自主版機(jī)的數(shù)控技術(shù)平臺。具有中國特色濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過這些年來的發(fā)展,有了較大的提高。它們逐漸被用戶認(rèn)可,在市場上站住了腳[2]。
目前我國數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠有100多家,生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床配套產(chǎn)品的企業(yè)有300余家,產(chǎn)品品種包括八大類2000種以上。目前已新開發(fā)出數(shù)控系統(tǒng)80余種,分為3種型級,即經(jīng)濟(jì)型,普及型和高級型?!熬盼濉逼陂g數(shù)控機(jī)床發(fā)展已進(jìn)入實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化階段,數(shù)控機(jī)床新開發(fā)品種300余種,已有一定的覆蓋面。新開發(fā)的國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品大部分達(dá)到期際上20世紀(jì)80年代中期水平,部分達(dá)到90年代水平,為國家重點(diǎn)建設(shè)提供了一批高水平數(shù)控機(jī)床。
1.2數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢
數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢是:隨著數(shù)控車床的發(fā)展,數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。
目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動(dòng)為主,分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式,主要用于簡易數(shù)控車床;臥式刀架有八、十、十二等工位,可正、反方向旋轉(zhuǎn),就近選刀,用于全功能數(shù)控車床。另外臥式刀架還有液動(dòng)刀架和伺服驅(qū)動(dòng)刀架。
數(shù)控刀架的市場分析:國產(chǎn)數(shù)控車床今后將向中高檔發(fā)展,中檔采用普及型數(shù)控刀架配套,高檔采用動(dòng)力型刀架,兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種,近年來需要量可達(dá)1000~1500臺。
1.3 數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的開發(fā)應(yīng)用
數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是以回轉(zhuǎn)分度實(shí)現(xiàn)刀具自動(dòng)交換及回轉(zhuǎn)動(dòng)力刀具的傳動(dòng)。因此技術(shù)含量高,已趨向?qū)I(yè)化開發(fā)生產(chǎn)。所以對數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的研究開發(fā)及應(yīng)用已引起數(shù)控機(jī)床行業(yè)重視。
典型數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架一般由動(dòng)力源(電機(jī)或油缸、液壓馬達(dá))、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、預(yù)分度機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)、檢測裝置、接口電路、刀具安裝臺(刀盤)、動(dòng)力刀座等組成。數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的動(dòng)作循環(huán)為:T指令(換刀指令)刀盤放松轉(zhuǎn)位刀位檢測預(yù)分度精確定位刀盤鎖緊結(jié)束信號。
第二章 數(shù)控車床自動(dòng)換刀裝置
2.1概述
自動(dòng)換刀裝置的形式是多種多樣的,有刀庫式和轉(zhuǎn)塔式,雖然換刀過程、選刀方式、刀庫結(jié)構(gòu)、機(jī)械手類型等各不相同,但都是在數(shù)控裝置及可編程序控制器控制下,有電動(dòng)機(jī)或液壓或氣動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)刀庫和機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具的選擇與交換。我們把這種為實(shí)現(xiàn)多工序的連續(xù)加工,在加工中心或車削中心中,可進(jìn)行刀具的選擇與交換的裝置叫自動(dòng)換刀裝置(automatic tool change 簡稱)。
自動(dòng)換刀裝置是數(shù)控車床最普遍的一種輔助裝置,它可使數(shù)控車床在工件一次裝夾中完成多種甚至所有的加工工序,以縮短加工的輔助時(shí)間,減少加工過程中由于多次安裝工件而引起的誤差,從而提高機(jī)床的加工效率和加工精度[3]。
我國對加工中心的需求一直是有增無減,同時(shí),加工中心自動(dòng)換刀裝置的開發(fā)也有長足的發(fā)展。對于臥式加工中心來說,有從用于JCS-013的獨(dú)立式自動(dòng)換刀裝置到用于TH6350、TH6363、TH6380和TH63100的TB51.02雙層缸式通用機(jī)械手加鏈?zhǔn)降稁欤ū本C(jī)床研究所設(shè)計(jì)并制造)的自動(dòng)換刀裝置;對于立式加工中心來說,有從用于JCS-018的氣液型鼓輪式自動(dòng)換刀裝置到用于XH715B和XH715C的多凸輪聯(lián)動(dòng)型鼓輪式自動(dòng)換刀裝置。特別是用于TH715B和TH715C的多凸輪聯(lián)動(dòng)型鼓輪式自動(dòng)換刀裝置,他的研制成功,為我國自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)與制造翻開了嶄新的一頁,自1991年鑒定后批量生產(chǎn),已累計(jì)生產(chǎn)了50多臺,由于其結(jié)構(gòu)簡單,迅速可靠(刀對刀2.5s),受到廣大國內(nèi)外用戶的一致好評。
加工中心和車削中心自動(dòng)換刀裝置的發(fā)展趨勢是四個(gè)方向:一是高速、可靠,追求的目標(biāo)是換刀時(shí)間盡量的短,以換取加工中心和車削中心的高效性;二是簡單實(shí)用、造價(jià)低、使用可靠,但換刀速度不快。
自動(dòng)換刀裝置開發(fā)技術(shù)要全面注意下列五個(gè)方面:
1)自動(dòng)換刀裝置的可靠性與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。通過對自動(dòng)換刀裝置進(jìn)行可靠性分析研究,找出其薄弱環(huán)節(jié),通過改進(jìn)設(shè)計(jì),使自動(dòng)換刀裝置故障率大大減少,保證百萬次以上正常換刀的品質(zhì)。通過對自動(dòng)換刀裝置進(jìn)行多目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì),使其動(dòng)態(tài)性能達(dá)到最優(yōu),進(jìn)而提高自動(dòng)換刀裝置的性能,降低其制造成本,使刀對刀換刀時(shí)間對40刀柄不大于1s,達(dá)到世界先進(jìn)水平。
2)自動(dòng)換刀裝置的系列化與CAD設(shè)計(jì)。使自動(dòng)換刀裝置適用國內(nèi)廠家的各種產(chǎn)品,以便得到推廣和使用。即達(dá)到廠家一旦提出的參數(shù):不同刀柄型號,刀庫容量等的自動(dòng)換刀裝置,使廠家立即投入生產(chǎn),并且是處于國內(nèi)先進(jìn)水平的。
3)自動(dòng)換刀裝置制造技術(shù)研究。針對自動(dòng)換刀裝置中關(guān)鍵零件的制造技術(shù)進(jìn)行研究,以提高其制造質(zhì)量和降低制造成本。
4)自動(dòng)換刀裝置新技術(shù)的研究。跟蹤國際加工中心和車削中心自動(dòng)換刀裝置的發(fā)展主流,研究自動(dòng)換刀裝置的新工作原理及新技術(shù)。
5)自動(dòng)換刀裝置產(chǎn)業(yè)化研究。自動(dòng)換刀裝置由專業(yè)廠生產(chǎn)比現(xiàn)有各廠家自行生產(chǎn)可降低成本,也能保證質(zhì)量,同時(shí)在我國有巨大的市場,因此,在技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,應(yīng)研究使我國的自動(dòng)換刀裝置生產(chǎn)走上產(chǎn)業(yè)化的道路,建立生產(chǎn)自動(dòng)換刀裝置的基地。
自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下基本要求:
1)換刀時(shí)間短,以減少非加工時(shí)間。
2)減少換刀動(dòng)作對加工范圍的干擾。
3)刀具重復(fù)定位精度高。
4)識刀、選刀可靠,換刀動(dòng)作簡單可靠。
5)刀庫刀具存儲量合理。
6)刀庫占地面積小,并能與主機(jī)配合,使機(jī)床外觀協(xié)調(diào)美觀。
7)刀具裝卸、調(diào)整、維修方便,并能得到清潔的維護(hù)[4]。
2.2 刀具自動(dòng)換刀形式
為進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的加工效率,數(shù)控機(jī)床正向著工件在一臺機(jī)床一次裝夾即可完成多道工序或全部工序加工的方向發(fā)展,因此出現(xiàn)了各種類型的加工中心機(jī)床,如車削中心、鏜銑加工中心、鉆削中心等等。這類多工序加工的數(shù)控機(jī)床在加工過程中要使用多種刀具,因此必須有自動(dòng)換到裝置,以便選用不同刀具,完成不同工序的加工工藝。自動(dòng)換到裝置應(yīng)當(dāng)具備換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具儲備量、占地面積小、安全可靠等特性[5]。
各類數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換到裝置的結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的類型、工藝范圍、使用刀具種類和數(shù)量。數(shù)控機(jī)床常用的自動(dòng)換刀裝置的類型、特點(diǎn)、適用范圍見表1-1。
表1-1 自動(dòng)換刀裝置類型
類別型式
特點(diǎn)
適用范圍
轉(zhuǎn)塔式
回轉(zhuǎn)刀架
多為順序換刀,換刀時(shí)間短、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、容納刀具較少
各種數(shù)控車床,數(shù)控車削加工中心
轉(zhuǎn)塔頭
順序換刀,換刀時(shí)間短,刀具主軸都集中在轉(zhuǎn)塔頭上,結(jié)構(gòu)緊湊。但剛性較差,刀具主軸數(shù)受限制
數(shù)控鉆、鏜、銑床
刀庫式
刀具與主軸之間直接換刀
換刀運(yùn)動(dòng)集中,運(yùn)動(dòng)不見少。但刀庫容量受限
各種類型的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床。尤其是對使用回轉(zhuǎn)類刀具的數(shù)控鏜、銑床類立式、臥式加工中心機(jī)床
要根據(jù)工藝范圍和機(jī)床特點(diǎn),確定刀庫容量和自動(dòng)換刀裝置類型
用機(jī)械手配合刀庫進(jìn)行換刀
刀庫只有選刀運(yùn)動(dòng),機(jī)械手進(jìn)行換刀運(yùn)動(dòng),刀庫容量大
2.3 數(shù)控車床刀架的功能、類型和滿足的要求
數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是加工中心、數(shù)控車床必備的機(jī)床附件,尤其適用全功能數(shù)控車床。當(dāng)前,數(shù)控機(jī)床發(fā)展迅猛,一方面向高速、高效、高精度方面發(fā)展,同時(shí),在制造行業(yè)中廣泛存在原有設(shè)備的數(shù)控改造和系統(tǒng)升級問題。作為關(guān)鍵附件,高性能的數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架對于提高機(jī)床整體運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和效率有著重要意義,數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是由數(shù)控系統(tǒng)來控制的,因此,在轉(zhuǎn)塔刀架本身性能提高的情況下,如何實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)就顯得十分重要了。
2.3.1數(shù)控車床刀架的功能
數(shù)控機(jī)床上的刀架是安放刀具的重要部件,許多刀架還直接參與切削工作,如臥式車床上的四方刀架,轉(zhuǎn)塔車床的轉(zhuǎn)塔刀架,回輪式轉(zhuǎn)塔車床的回輪刀架,自動(dòng)車床的轉(zhuǎn)塔刀架和天平刀架等。這些刀架既安放刀具,而且還直接參與切削,承受極大的切削力作用,所以它往往成為工藝系統(tǒng)中的較薄弱環(huán)節(jié)。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,機(jī)床的刀架也有了許多變化,特別是數(shù)控車床上采用電(液)換位的自動(dòng)刀架,有的還使用兩個(gè)回轉(zhuǎn)刀盤。加工中心則進(jìn)一步采用了刀庫和換刀機(jī)械手,定現(xiàn)了大容量存儲刀具和自動(dòng)交換刀具的功能,這種刀庫安放刀具的數(shù)量從幾十把到上百把,自動(dòng)交換刀具的時(shí)間從十幾秒減少到幾秒甚至零點(diǎn)幾秒。這種刀庫和換刀機(jī)械手組成的自動(dòng)換刀裝置,就成為加工中心的主要特征[6]。
因此,刀架的性能和結(jié)構(gòu)往往直接影響到機(jī)床的切削性能、切削效率和體現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平[7]。
2.3.2數(shù)控機(jī)床刀架的類型
按換刀方式的不同,數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架、排式刀架和帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置等多種形式,下面對這三種形式的刀架作簡單的介紹。
1. 排式刀架
排式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車床,以加工棒料或盤類零件為主。其結(jié)構(gòu)形式為:
夾持著各種不同用途刀具的刀夾沿著機(jī)床的X坐標(biāo)軸方向排列在橫向滑板上。刀具的典型布置方式如圖2.1所示。這種刀架在刀具布置和機(jī)床調(diào)整等方面都較為方便,可以根據(jù)具體工件的車削工藝要求,任意組合各種不同用途的刀具,一把刀具完成車削任務(wù)后,橫向滑板只要按程序沿X軸移動(dòng)預(yù)先設(shè)定的距離后,第二把刀就到達(dá)加工位置,這樣就完成了機(jī)床的換刀動(dòng)作。這種換刀方式迅速省時(shí),有利于提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。寶雞機(jī)床廠生產(chǎn)的CK7620P全功能數(shù)控車床配置的就是排式刀架。
2. 回轉(zhuǎn)刀架
回轉(zhuǎn)刀架是數(shù)控車床最常用的一種典型換刀刀架,一般通過液壓系統(tǒng)或電氣來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)換刀動(dòng)作,根據(jù)加工要求可設(shè)計(jì)成四方、六方刀架或圓盤式刀架,并相應(yīng)地安裝4把、6把或更多的刀具。回轉(zhuǎn)刀架的換刀動(dòng)作可分為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位和刀架鎖緊等幾個(gè)步驟。它的動(dòng)作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令完成的。回轉(zhuǎn)刀架根據(jù)刀架回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對位置,分為立式刀架和臥式刀架兩種。
3. 帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置
上述排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架所安裝的刀具都不可能太多,即使是裝備兩個(gè)刀架,對刀具的數(shù)目也有一定限制。當(dāng)由于某種原因需要數(shù)量較多的刀具時(shí),應(yīng)采用帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置。帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置由刀庫和刀具交換機(jī)構(gòu)組成。
(a)回轉(zhuǎn)刀架 (b) 排式刀架
圖2.1 機(jī)床刀架類型結(jié)構(gòu)圖
2.3.3數(shù)控機(jī)床刀架應(yīng)滿足的要求
1) 滿足工藝過程所提出的要求。機(jī)床依靠刀具和工件間相對運(yùn)動(dòng)形成工件表面,而工件的表面形狀和表面位置的不同,要求刀架能夠布置足夠多的刀具,而且能夠方便而正確地加工各工件表面, 為了實(shí)現(xiàn)在工件的一次安裝中完成多工序加工,所以要求刀架可以方便地轉(zhuǎn)位。
2) 在刀架以要能牢固地安裝刀具,在刀架上安裝刀具進(jìn)還應(yīng)能精確地調(diào)整刀具的位置,采用自動(dòng)交換刀具時(shí),應(yīng)能保證刀具交換前后都能處于正確位置。以保證刀具和工件間準(zhǔn)確的相對位置。刀架的運(yùn)動(dòng)精度將直接反映到加工工件的幾何形狀精度和表面粗糙度上,為此,刀架的運(yùn)動(dòng)軌跡必須準(zhǔn)確,運(yùn)動(dòng)應(yīng)平穩(wěn),刀架運(yùn)轉(zhuǎn)的終點(diǎn)到位應(yīng)準(zhǔn)確。面且這種精度保持性要好,以便長期保持刀具的正確位置。
3) 刀架應(yīng)具有足夠的剛度。由于刀具的類型、尺寸各異,重量相差很大,刀具在自動(dòng)轉(zhuǎn)換過程中方向變換較復(fù)雜,而且有些刀架還直接承受切削力??紤]到采用新型刀具材料和先進(jìn)的切削用量,所以刀架必須具有足夠的剛度,以使切削過程和換刀過程平穩(wěn)。
4) 可靠性高。由于刀架在機(jī)床工作過程中,使用次數(shù)很多,而且使用頻率也高,所以必須充分重視它的可靠性。
5) 刀架是為了提高機(jī)床自動(dòng)化而出現(xiàn)的,因而它的換刀時(shí)間應(yīng)盡可能縮短,以利于提高生產(chǎn)率。目前自動(dòng)換刀裝置的換刀時(shí)間在0.8—6秒之間不等。而且還在進(jìn)一步縮短。
6) 操作方便和安全。刀架是工人經(jīng)常操作的機(jī)床部件之一,因此它的操作是否方便和安全,往往是評價(jià)刀架設(shè)計(jì)好壞的指標(biāo)。刀架上應(yīng)便于工人裝刀和調(diào)刀,切屑流出方向不能朝向工人,而且操作調(diào)整刀架的手柄(或手輪)要省力,應(yīng)盡量設(shè)置在便于操作的地方[8]。
第三章 車削中心動(dòng)力刀架總體方案設(shè)計(jì)
3.1調(diào)查研究與資料收集
3.1.1 課題的調(diào)查研究
從國內(nèi)外市場調(diào)研結(jié)果看,國內(nèi)對數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都是依賴于先進(jìn)國家的,而且產(chǎn)品的性能方面跟國外還有一定的差距,期待開發(fā)設(shè)計(jì)一種性能最優(yōu),最有實(shí)用價(jià)值的轉(zhuǎn)塔刀架,適應(yīng)市場,替代進(jìn)口產(chǎn)品低價(jià)位的數(shù)控車床用轉(zhuǎn)塔刀架,占領(lǐng)國內(nèi)市場,并達(dá)到國際領(lǐng)先水平,為國產(chǎn)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。車削加工中心是目前國際上比較前端的一種數(shù)控機(jī)床,可以進(jìn)行多工序加工,如車削、鉆削、銑削等。有關(guān)人士指出,數(shù)控機(jī)床附件及其配套功能附件是我國機(jī)床工具制造業(yè)“十五”計(jì)劃重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)品。雖然我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品附件的研制由無到有,取得了顯著成績,但與國外先進(jìn)水平相比還是有一定差距的。為確保國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的大發(fā)展,就必須把數(shù)控機(jī)床附件盡快搞上去。為此他們建議國家有關(guān)部門,盡快制定有關(guān)鼓勵(lì)、扶持國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床附件發(fā)展的相關(guān)政策,加大數(shù)控機(jī)床附件行業(yè)科研和技術(shù)改進(jìn)投入,使國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床附件行業(yè)有一個(gè)大發(fā)展。而且動(dòng)力刀架是數(shù)控機(jī)床附件中尤為重要的一個(gè)部件,把這一技術(shù)提高是我們義不容辭的事情。
3.1.2資料收集
課題涉及到的有關(guān)知識包括:數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、車削加工中心、自動(dòng)換刀裝置等等方面;其次還包括一些機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械傳動(dòng)、液壓、間歇分度機(jī)構(gòu)等方面的知識,在校圖書館借閱了一些關(guān)于本次設(shè)計(jì)有關(guān)的資料,而且還在網(wǎng)上搜索了一些相關(guān)資料:1)現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊;2)實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊;3)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊;4)數(shù)控車床設(shè)計(jì);5)數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與維修等等。
3.2動(dòng)力刀架的整體方案設(shè)計(jì)與選擇
3.2.1 動(dòng)力刀架的整體方案設(shè)計(jì)
刀架是車床的重要組成部分,車削中心的動(dòng)力刀架可安裝各種非動(dòng)力輔助刀夾和動(dòng)力刀夾進(jìn)行切削,用于夾持切削用的刀具,因此其結(jié)構(gòu)直接影響到車床的切削性能和切削效率。刀架采用端齒分度,轉(zhuǎn)位由交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),刀位由二進(jìn)制絕對編碼器識別,動(dòng)力刀具由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng),通過同步齒形帶等將動(dòng)力傳遞到刀夾。
根據(jù)前部分對機(jī)床刀架類型、性能及其使用場合的綜合比較,并結(jié)合現(xiàn)有數(shù)控車床的實(shí)例,本次設(shè)計(jì)的車削中心動(dòng)力刀架擬采用液壓驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架。該刀架的換刀動(dòng)作分為刀盤抬起、刀盤分度轉(zhuǎn)位和刀盤鎖緊三個(gè)步驟,其中刀盤抬起由單作用液壓缸來實(shí)現(xiàn),刀盤鎖緊由碟形彈簧復(fù)位來實(shí)現(xiàn),而刀盤的分度轉(zhuǎn)位是由圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的,由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪軸實(shí)現(xiàn)分度。
3.2.2液壓驅(qū)動(dòng)的刀架工作原理
液壓驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)塔刀架,是用液壓缸夾緊,液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)分度,端齒盤副定位,當(dāng)?shù)都芙邮盏睫D(zhuǎn)位指令后,液壓油進(jìn)入液壓缸的右腔,通過活塞推動(dòng)中心軸將刀盤左移,使定位副端齒盤脫離嚙合狀態(tài),為轉(zhuǎn)位作好準(zhǔn)備。當(dāng)?shù)侗P處于完全脫開位置時(shí),行程開關(guān)發(fā)出轉(zhuǎn)位信號,液壓馬達(dá)帶動(dòng)轉(zhuǎn)位凸輪旋轉(zhuǎn),凸輪依次推動(dòng)回轉(zhuǎn)盤上的柱銷。使回轉(zhuǎn)盤通過鍵帶動(dòng)中心軸及刀盤做分度運(yùn)動(dòng)。凸輪每轉(zhuǎn)一周撥過一個(gè)柱銷。使刀盤旋轉(zhuǎn)1/n周(n為刀架的工位數(shù))。中心軸的尾端固定著一個(gè)有n個(gè)齒的凸輪,當(dāng)中心軸和刀盤轉(zhuǎn)過一個(gè)工位時(shí),凸輪壓合計(jì)數(shù)開關(guān)一次,開關(guān)將此信號送入控制系統(tǒng)。當(dāng)?shù)侗P旋轉(zhuǎn)到預(yù)定工位時(shí),控制系統(tǒng)發(fā)出信號使液壓馬達(dá)剎車,轉(zhuǎn)位凸輪停止運(yùn)動(dòng),刀架處于預(yù)定位狀態(tài)。與此同時(shí),碟形彈簧復(fù)位,通過活塞將中心軸拉回,端齒盤副嚙合。精確定位,刀盤便完成定位和夾緊動(dòng)作。刀盤夾緊后,中
心軸尾部壓下發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束信號。
圖3.2車削中心動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架示意圖
3.2.3 刀架定位精度及重復(fù)定位精度
定位精度是指轉(zhuǎn)塔到位后,刀架指定工位把刀孔中心線與設(shè)計(jì)中心線在豎直平面內(nèi)的偏差。重復(fù)定位精度是指刀架各工位反復(fù)鎖緊多次后的偏差平均值。由于該刀架轉(zhuǎn)塔到位前,控制刀架初定位的霍爾元件發(fā)出信號使控制電機(jī)的電磁閥斷電,此時(shí)電機(jī)內(nèi)部的機(jī)械自鎖部件使電機(jī)停在預(yù)定位置上,所以刀架具有較高的定位精度和重復(fù)定位精度。
3.3動(dòng)力刀架傳動(dòng)部分方案設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)的車削中心動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架是通過液壓驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)刀架抬起動(dòng)作,當(dāng)?shù)都茌S尾部檢測裝置觸碰到微動(dòng)開關(guān),刀架開始轉(zhuǎn)位,而轉(zhuǎn)位動(dòng)作是由圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的,換刀時(shí)間為1s,最后一個(gè)動(dòng)作為刀架瑣緊動(dòng)作,由端齒盤來進(jìn)行瑣緊定位。
3.4 動(dòng)力刀架的分度機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
生產(chǎn)和日常生活中,經(jīng)常需要某些機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件連續(xù)運(yùn)動(dòng),從動(dòng)件產(chǎn)生“動(dòng)作——停止——?jiǎng)幼鳌钡拈g歇運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu),稱為間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。常用的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)和凸輪式間歇機(jī)構(gòu)等。它們廣泛用于自動(dòng)及半自動(dòng)機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)、刀架轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)及包裝機(jī)等機(jī)構(gòu)中。
1)棘輪機(jī)構(gòu)主要由棘輪、棘爪、搖桿、制動(dòng)爪和機(jī)架等組成。按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn),可分為具有輪齒的棘輪機(jī)構(gòu)和摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)兩大類。其特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單,轉(zhuǎn)角大小改變較方便,但它的動(dòng)力不大,且傳動(dòng)平穩(wěn)性差,因此只適用于轉(zhuǎn)速不高的場合,如各種機(jī)床和自動(dòng)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)中。
2)槽輪機(jī)構(gòu)由主動(dòng)撥盤、從動(dòng)槽輪及機(jī)架組成。槽輪機(jī)構(gòu)有外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)和內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)兩種。其結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,進(jìn)入和脫離嚙合時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn);由于槽輪的轉(zhuǎn)角大小無法調(diào)節(jié),故只能用于定轉(zhuǎn)角的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中。比如電影放映機(jī)上卷片機(jī)構(gòu)等都是槽輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。
3)不完全齒輪機(jī)構(gòu)是由普通漸開線齒輪機(jī)構(gòu)演化而成的。但不同的是輪齒不布滿整個(gè)圓周,它可分為外嚙合和內(nèi)嚙合兩種。其結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和靜止時(shí)間比例可不受結(jié)構(gòu)的限制。其缺點(diǎn)是從動(dòng)輪在進(jìn)入和脫開嚙合時(shí),都有嚴(yán)重的剛性沖擊,故一般只用于低速、輕載場合。
4)凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是由凸輪、轉(zhuǎn)盤及機(jī)架組成的。凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有兩種形式,一種是圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng),另一種是蝸桿凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。這種凸輪機(jī)構(gòu)可以通過調(diào)整凸輪與轉(zhuǎn)盤中心距來消除滾子與凸輪突脊接觸的間隙。
這種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)依靠凸輪輪廓強(qiáng)制刀架作轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全取決于凸輪輪廓形狀。圓柱凸輪是在圓周面上加工出一條兩端有頭的凸起=輪廓,從動(dòng)回轉(zhuǎn)盤(相當(dāng)于刀架體)端面有多個(gè)柱銷,銷子數(shù)量與工位數(shù)相等。當(dāng)圓柱凸輪按固定的旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)時(shí),有的柱銷會進(jìn)入凸輪輪廓的曲線段,使凸輪開始驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)位,與此同時(shí)有的圓柱銷會與凸輪輪廓脫離,當(dāng)柱銷接觸的凸輪輪廓由曲線段過渡到直線段時(shí),即使凸輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn),回轉(zhuǎn)盤也不會轉(zhuǎn)動(dòng),即完成了一次刀盤分度轉(zhuǎn)位動(dòng)作。如此反復(fù)下去,就能實(shí)現(xiàn)多次的刀架換刀操作。由于凸輪是一個(gè)兩端開口的非閉合曲線輪廓,所以當(dāng)凸輪正反轉(zhuǎn)進(jìn)均可帶動(dòng)刀盤正反兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)。這種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位速度高、精度較低,運(yùn)動(dòng)特性可以自由設(shè)計(jì)選取但制造較困難、成本較高、結(jié)構(gòu)尺寸較大。這種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)可以通過控制系統(tǒng)中的邏輯電路或PC程序來自動(dòng)選擇回轉(zhuǎn)方向,以縮短轉(zhuǎn)位輔助時(shí)間。
凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是:傳動(dòng)可靠、平穩(wěn),轉(zhuǎn)盤可以實(shí)現(xiàn)任何運(yùn)動(dòng)規(guī)律,以適應(yīng)高轉(zhuǎn)速要求;可以改變凸輪曲線槽所對應(yīng)的β角,改變轉(zhuǎn)動(dòng)與停歇時(shí)間比值;轉(zhuǎn)盤停歇時(shí),一般就依靠凸輪棱進(jìn)行定位,不需要附加定位裝置。但凸輪加工要求精度高。常用于需間歇轉(zhuǎn)位的分度裝置和要求步進(jìn)動(dòng)作的機(jī)械中,如多共位立式半自動(dòng)機(jī)床工作盤的轉(zhuǎn)位、輕工業(yè)包裝機(jī)等[9]。
圖3.3圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)
結(jié)合上述三種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)位機(jī)理和特點(diǎn),并結(jié)合實(shí)際情況,本次設(shè)計(jì)的車削中心動(dòng)力刀架決定采用間歇分度機(jī)構(gòu)——圓柱凸輪分度轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)。如圖3.3。
3.5動(dòng)力刀架動(dòng)力刀具方案設(shè)計(jì)
車削加工中心自驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀具主要由三部分組成:動(dòng)力源,變速傳動(dòng)裝置和自驅(qū)動(dòng)力刀具附件(鉆孔附件和銑削附件)。采用變頻電機(jī)作為其動(dòng)力源,圓柱齒輪傳動(dòng)作為其變速傳動(dòng)裝置。
目前齒輪技術(shù)可達(dá)到的指標(biāo):圓周速度v=300m/s,n=105r/min,傳遞的功率P=105kW,模數(shù)m=(0.004~100)mm,直徑d=1mm~152.3mm。
3.5.1 齒輪傳動(dòng)的分類和特點(diǎn)
其特點(diǎn): 1) 瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定。非圓齒輪傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比又能按需要的變化
規(guī)律來設(shè)計(jì)。
2)傳動(dòng)比范圍大,可用于減速或增速。
3)速度(指節(jié)圓圓周速度)和傳動(dòng)功率的范圍大,可用于高速(v>40m/s)、
中速和低速(v>25m/s)的傳動(dòng)功率可從小于1W到105W。
4)傳動(dòng)效率高,一對高精度的漸開線圓柱齒輪,效率可達(dá)99%以上。
5)結(jié)構(gòu)緊湊,適用于近距離傳動(dòng)。
6)制造成本較高,某些具有特殊齒形或精度很高的齒輪,因需要專用
或高精度的機(jī)床、刀具和量儀等,故制造工藝復(fù)雜,成本高。
7)精度不高的齒輪,傳動(dòng)時(shí)噪聲、振動(dòng)和沖擊大,污染環(huán)境。
8)無過載保護(hù)作用。
3.5.2 齒輪傳動(dòng)類型選擇的原則
1)滿足使用要求,如對傳動(dòng)結(jié)構(gòu)尺寸、重量、功率、速度、傳動(dòng)比、壽命、可靠性的要求等。對以上要求應(yīng)作全面的、深入分析,滿足主要的要求,兼顧其他。如對大功率長期運(yùn)轉(zhuǎn)的固定式設(shè)備,則著重于齒輪的壽命長和提高齒輪的傳動(dòng)效率;對短期間歇運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)式設(shè)備,應(yīng)要求結(jié)構(gòu)緊湊為主;對重要的齒輪傳動(dòng),則要求可靠性高。
2)考慮工藝條件,如制造廠的工藝水平、設(shè)備條件、生產(chǎn)批量等。
3)考慮合理性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性等。
由于本次設(shè)計(jì)的車削中心動(dòng)力刀架動(dòng)力刀具傳遞范圍和切削功率比較大以及加工的難易程度,為了滿足要求,所以選擇以漸開線圓柱齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力刀具的旋轉(zhuǎn)。
第4章 典型零件的設(shè)計(jì)和選用
4.1 動(dòng)力刀架傳動(dòng)部分
4.1.1 刀架軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算[10]
1. 軸是組成刀架的重要零部件之一,在設(shè)計(jì)當(dāng)中主要考慮的是軸的剛度,而碳鋼與合金鋼的彈性模數(shù)相差很小,所以通常選用軸的材料35和45鋼,這里選用的是45鋼,進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,以改善裝配工藝和保證裝配的精度。
2. 這次刀架中用到了以下幾種固定方式:
1)常用的是運(yùn)用軸肩,其結(jié)構(gòu)簡單,定位可靠。
2)螺母的軸向定位,其定位可靠、裝拆方便,但是會增加零件的數(shù)量,常用雙螺母或圓螺母與止動(dòng)墊圈固定,運(yùn)用在軸承的固定上。
3)軸套也是用到比較多的,它的結(jié)構(gòu)簡單、定位可靠,軸不開槽、鉆孔等,可以提高軸的強(qiáng)度。
4)彈性擋圈其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、工藝性好,但是應(yīng)力集中較大,適合軸向力小的場合,在這里主要用于軸承的固定。
5)軸端擋圈裝拆方便可以承受大的軸向力、振動(dòng),用于軸端固定零件。
6)花鍵的縱向固定,其承載能力高,定心性、導(dǎo)向性好,裝拆方便,不過制造困難,在這次設(shè)計(jì)中運(yùn)動(dòng)的是矩形花鍵,主要用在分度機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)盤與刀架軸、凸輪的縱向定位中。
7)其次平鍵,其承受載荷不大。
8)緊定螺釘結(jié)構(gòu)簡單,不僅可以縱向定位,還能軸向定位,承受不大的軸向力。
3. 由刀架裝配圖可知,刀架主軸的支承方式為兩端游動(dòng)支承,其一端與刀盤固連,另一端與液壓缸的活塞間隙配合,同時(shí)起到左端支承作用。而軸的中間部位由刀盤至液壓缸的方向分別與推力球軸承和從動(dòng)盤相連,雙列圓柱滾子軸承與滾針軸承起左端支承作用。已知伺服電機(jī)的功率為0.3kW,電機(jī)轉(zhuǎn)速n1=1400r/min,取圓柱凸輪效率為η=0.96。如圖4.1
1) 先求出刀架主軸上的傳遞功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
P2=Pη=0.3×0.96=0.288kW
n3=60/8=7.5r/min
2) 初步確定軸的最小直徑
由式 可初步估算設(shè)計(jì)軸的最小直徑
式中: 為系數(shù),軸的材料不同,則的值會不同;
為軸傳遞的功率,單位為;
為計(jì)算截面處軸的直徑,單位為mm;
為軸的轉(zhuǎn)速,單位為;
選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15—3,取,于是得
從而取軸的最小直徑為dmin=36mm;軸的最大直徑為dmax=119mm。
圖4.1刀架軸示意圖
4.1.2 液壓缸的設(shè)計(jì)
4.1.2.1 選擇液壓缸類型
液壓缸按其結(jié)構(gòu)的形式,可以分為活塞缸、柱塞缸和伸縮缸等。
(1)活塞式液壓缸
<1> 雙桿活塞缸 缸筒固定的雙桿活塞缸,活塞兩側(cè)的活塞直徑相等,它的進(jìn)、出油位于缸筒兩端。當(dāng)工作壓力和輸入流量相同時(shí),兩個(gè)方向上輸出的推力F和速度v是相等的。
這種安裝形式,工作臺移動(dòng)范圍約為活塞有效行程的三倍,占地面積大,使用于小型機(jī)械。
<2>單桿活塞缸 由于只在活塞的一端有活塞桿,使兩腔的有效工作面積不相等,因此在兩腔分別輸入相同流量的情況下,活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度不相等。他的安裝也有缸筒固定和活塞桿固定兩種,進(jìn)、出口的布置根據(jù)安裝方式而定;但工作臺移動(dòng)范圍都為活塞有效行程的兩倍[11]。
由于該液壓缸主要用于驅(qū)動(dòng)刀架主軸的直線往反運(yùn)動(dòng).故選用雙作用單桿活塞缸。
4.1.2.2 液壓缸內(nèi)徑D和活塞直徑d的計(jì)算
計(jì)算液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑都必須考慮到設(shè)備的類型,例如在金屬切削機(jī)床中,對于動(dòng)力較大的機(jī)床(刨床、拉床和組合機(jī)床)一定要滿足牽引力的要求,計(jì)算時(shí)要以力為主;對于輕載高速的機(jī)床(磨床、珩磨機(jī)和研磨機(jī)等)一定要滿足速度的要求,計(jì)算時(shí)要以速度為主。由于本刀架的抬起動(dòng)作是在數(shù)控車床脫離切削時(shí)完成的,因而在換刀過程中并沒有承受切削力的作用,所以進(jìn)油壓力不需要很大,此次設(shè)計(jì)進(jìn)油壓力確定為低壓0~2.5MPa,然后根據(jù)進(jìn)油壓力查表20-6-3可初步選定速比φ=1.33(計(jì)算速比主要是為了確定活塞桿的直徑和要否設(shè)置緩沖裝置。速度不宜過大或過小,以免產(chǎn)生過大的背壓或造成因活塞桿太細(xì)導(dǎo)致穩(wěn)定性不好。)
可按下式初步選取d值:
(4-1)
根據(jù)活塞桿側(cè)公式
(4-2)
式中 F2 ——液壓缸的理論拉力;
p ——供油壓力;
D ——缸筒內(nèi)徑;
d ——活塞桿直徑。
根據(jù)式4-1和式4-2得D=94.8mm,查液壓設(shè)計(jì)手冊表20-6-2選D=100mm,再根據(jù)表20-6-9中選得缸筒外徑D1=121mm,根據(jù)表20-6-16選出d=50mm。
4.1.3 碟形彈簧的計(jì)算及選用[10]
碟形彈簧是用鋼板沖壓成形的截錐形壓縮彈簧。
它有四個(gè)特點(diǎn):
(1)剛度大 能以小變形承受大載荷,適合于軸向空間要求小的場合。
(2)具有變剛度的性質(zhì) 碟形彈簧壓平變形量h0和厚度t的比值不同,其特性曲線
也不同。
根據(jù)液壓缸內(nèi)徑100mm,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表7.2-2碟形彈簧的系列、尺寸和參數(shù)選出彈簧D=100mm,d=51mm,t=6mm,h0=2.2mm,H0=8.2mm。
D-------彈簧外徑
d-------彈簧內(nèi)徑
t-------厚度
h0-------壓平時(shí)變形量
H0-------自由高度
已知上述選用的碟形彈簧參數(shù),采用對合組合形式彈簧組合,抬起時(shí)需要承受載荷F1=2000×9.8=19600N。如圖4.3。
(1)求f1
由彈簧的直徑比C=,從表7.2-5查得K1=0.686,K2=1.211,K3=1.362。碟簧是無支承面的,K4=1。
計(jì)算得到
FC ——彈簧壓平時(shí)載荷(N);
K1、K2、K3、K4 ——計(jì)算系數(shù);
由此變形量f1=0.28h0=0.28×2.2=0.616mm,總變形量fz=6×0.616=3.696mm。
(2)疲勞破壞的關(guān)鍵部位
由和C=1.96從圖7.2-3查得疲勞破壞的關(guān)鍵部位在Ⅱ點(diǎn)。
(3) 計(jì)算應(yīng)力
當(dāng)f1=0.616mm時(shí)
圖4.3碟形彈簧示意圖
4.1.4 軸承的選用
1. 軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)
軸承內(nèi)部一般由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架組成----通常稱為四大件。對于密封軸承,再加上潤滑劑和密封圈(或防塵蓋)----又稱六大件。
2. 軸承分類與特點(diǎn)
總的可以分為球軸承和滾子軸承兩大類。球軸承分為深溝球軸承、角接觸球軸承、調(diào)心球軸承、推力球軸承、推力角接觸球軸承。滾子軸承分為圓柱滾子軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、調(diào)心滾子軸承、推力圓柱滾子軸承、推力滾子軸承、推力圓錐滾子軸承、推力調(diào)心滾子軸承。
刀架軸向所選軸承的特點(diǎn)
深溝球軸承
1.轉(zhuǎn)速高
2.精度高
3.噪聲、振動(dòng)小
4.主要承受徑向載荷
5.也能承受一定軸向載荷
6.制造簡單,成本低
滾針軸承
1.轉(zhuǎn)速較高
2.能承受較高的徑向載荷(比徑向尺寸相同的其他軸承承受的徑向載荷大)
3.不能承受軸向載荷
4.剛性較高
推力球軸承
1.轉(zhuǎn)速低
2.只能承受單面軸向載荷
3.軸圈和座圈不能傾斜
3. 軸承的轉(zhuǎn)速
滾動(dòng)軸承的轉(zhuǎn)速主要受容許運(yùn)轉(zhuǎn)溫度的限制,摩擦阻力較低的軸承產(chǎn)生的內(nèi)熱較小,最適合高速運(yùn)轉(zhuǎn),只承受徑向載荷時(shí),深溝球軸承或圓柱滾子軸承的容許轉(zhuǎn)速最高,但若承受聯(lián)合載荷時(shí),角接觸球軸承的容許轉(zhuǎn)速最高[12]。
本次刀架軸從動(dòng)盤以左使用深溝球軸承和滾針軸承來承受徑向載荷,右端使用推力球軸承來承受軸向載荷。
4.1.5 端齒盤的選用
4.1.5.1端齒盤的應(yīng)用
端齒盤又稱多齒盤、細(xì)齒盤、鼠牙盤,是具有自動(dòng)定心功能的精密分度定位元件,廣泛應(yīng)用與加工中心、柔性單元、數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床、測量儀器、各種高精度間歇式圓周分度裝置、多工位定位機(jī)構(gòu)、以及其他需要精密分度的各種設(shè)備上。如數(shù)控車床中的多工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架,銑床及加工中心用的回轉(zhuǎn)工作臺及其它分度裝置中都采用端齒盤作為精確定位元件。端齒盤的齒形有直齒和弧齒兩種,直齒端齒盤由于加工方便、定位精度及其重復(fù)定位精度高而最受歡迎。端齒盤實(shí)際上相當(dāng)于一對齒數(shù)相同的離合器,其嚙合過程與離合器的嚙合類似。
4.1.5.2端齒盤的特點(diǎn)
目前在刀架的定位機(jī)構(gòu)中多采用錐銷定位和端面齒盤定位。由于圓柱銷和斜面銷定位時(shí)容易出現(xiàn)間隙,圓錐銷定位精度較高,它進(jìn)入定位孔時(shí)一般靠彈簧力或液壓力、氣動(dòng)力,圓錐銷磨損后仍可以消除間隙,以獲得較高的定位精度。端齒盤定位由兩個(gè)齒形相同的端面齒盤相嚙合而成,由于齒合時(shí)各個(gè)齒的誤差相互抵償,起著誤差均化的作用,定位精度高。
端齒盤定位的特點(diǎn):
(1)定位精度高 由于端齒盤定位齒數(shù)多,且沿圓周均布,向心多齒結(jié)構(gòu),經(jīng)過研齒的齒盤其分度精度一般可達(dá)左右,最高可過以上,一對齒盤嚙合時(shí)具有自動(dòng)定心作用。所以中心軸的回轉(zhuǎn)精度、間隙及磨損對定心精度幾乎沒有影響,對中心軸的精度要求低,裝置容易。
(2)重復(fù)定位精度好 由于多齒嚙合相當(dāng)于上下齒盤的反復(fù)磨合對研,越磨合精度越高,重復(fù)定位精度也越好。
(3)定位剛性好,承載能力大,兩齒盤多齒嚙合。由于齒盤齒部強(qiáng)度高,并且一般齒數(shù)嚙合率不少于90%,齒面嚙合長度不少于60%,故定位剛性好,承載能力大。
4.1.5.3 端齒盤的設(shè)計(jì)
動(dòng)齒盤與靜齒盤是數(shù)控刀架的兩個(gè)主要零件。其精度決定刀架性能的好壞。為了保證端齒盤的定位精度和剛度,對端齒盤做以下技術(shù)要求:端齒盤材料采用40Cr,齒部滲氮后磨齒加工;齒寬接觸率為70%以上;齒高接觸為嚙合高度85%以上,兩齒盤嚙合時(shí)的接觸齒數(shù)應(yīng)在90%以上,接觸不良的齒不嚙合;安裝基準(zhǔn)孔軸線對分度中心的位置度,一般取0.02~0.04mm,對精密齒盤應(yīng)在0.01mm以內(nèi);安裝基準(zhǔn)端面對分度的平行度,一般取0.01~0.04mm,對精密齒盤應(yīng)在0.01mm以內(nèi)。本刀架采用標(biāo)準(zhǔn)直齒端齒盤,齒的嚙合深度通常設(shè)計(jì)為4~5mm,由于本刀架的液壓系統(tǒng)采用變量泵,可獲得所需的瑣緊力滿足刀架剛度要求,所以本次設(shè)計(jì)將齒的嚙合深度設(shè)計(jì)為4mm。這一設(shè)計(jì)也可減少活塞的行程,節(jié)省功率。
查得有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得出以下參數(shù):
端齒盤外徑d:端齒盤的外徑主要由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)所允許的空間范圍來確定。在結(jié)構(gòu)允許
的情況下,外徑越大越好,這樣可以增強(qiáng)分度或定位機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。
根據(jù)車削中心動(dòng)力刀架的總體結(jié)構(gòu)和外徑系列選取d=180mm。
齒數(shù)z: 根據(jù)JB/T 4316.1-1999查得當(dāng)外徑d=180mm時(shí),齒數(shù)可以為60和
72兩種,它們的最小分度角分別為和,因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的動(dòng)力刀架
工位數(shù)為8工位,轉(zhuǎn)一個(gè)工位從動(dòng)盤需要轉(zhuǎn)過角度,應(yīng)該是最小
分度角的倍數(shù)關(guān)系,所以選取最小分度角為,從而選取z=72。
齒長F: F=10mm
齒盤厚度: H/2+m=21.24mm
齒距t: t=7.85mm
齒厚S: S=3.93mm
全齒高h(yuǎn): h=5mm
齒頂高m: m=1.24mm
圖4.4端齒盤示意圖
4.2 動(dòng)力刀架的分度機(jī)構(gòu)部分
動(dòng)力刀架的轉(zhuǎn)位需要凸輪分度機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn),而驅(qū)動(dòng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)是由伺服電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的,電機(jī)的選擇要滿足所需負(fù)載和轉(zhuǎn)矩。從而需要我們對電機(jī)進(jìn)一步的選擇。
4.2.1伺服電機(jī)的選用
4.2.1.1伺服電機(jī)的分類
直流伺服電機(jī)分為:有刷和無刷電機(jī)。
有刷電機(jī)----成本低,結(jié)構(gòu)簡單,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,調(diào)速范圍寬,控制容易,需要維護(hù),但維護(hù)方便(換碳刷),產(chǎn)生電磁干擾,對環(huán)境有要求。因此它可經(jīng)用于對成本敏感的普能工業(yè)和以用場合。
無刷電機(jī)----體積小,重量輕,出力大,響應(yīng)快,速度高,慣量小,轉(zhuǎn)動(dòng)平滑,力矩穩(wěn)定??刂茝?fù)雜,容易實(shí)現(xiàn)智能化,其電子換相方式靈活,可以方波換相或正弦換相。電機(jī)免維護(hù),效率很高,運(yùn)行溫度低,電磁輻射很小,長壽命,可用于名種環(huán)境。
交流伺服電機(jī):也是無刷電機(jī),分為同步和異步電機(jī),目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī),它的功率范圍大,可以做到很大的功率。大慣量,最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低,且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。
4.2.1.2 伺服電機(jī)的一般選擇原則
在確定了電機(jī)系列和額定轉(zhuǎn)速后,按以下3個(gè)要素確定伺服電機(jī)容量:
1)負(fù)載慣量比。若負(fù)載慣量比過大,則控制易變得不穩(wěn)定,伺服參數(shù)調(diào)整也很困難。
2)短時(shí)間特性(加減速轉(zhuǎn)矩)。伺服電機(jī)除連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域外,還有短時(shí)間內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性如電機(jī)加減速,用最大轉(zhuǎn)矩表示,最大轉(zhuǎn)矩影響驅(qū)動(dòng)電機(jī)的加減速時(shí)間常數(shù)。
3)連續(xù)特性(工作狀態(tài)載荷扭矩)。對要求頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的數(shù)控機(jī)床,為避免電機(jī)過熱,必須檢查它在一個(gè)周期內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的均方根值,并使它小于電機(jī)連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩。
4.2.1.3伺服電機(jī)的選用
刀架驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇應(yīng)同時(shí)滿足刀架運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)載扭矩和起動(dòng)時(shí)的加速扭矩
的要求。
1) 刀架負(fù)載扭矩的計(jì)算
動(dòng)力刀架負(fù)載扭矩估算方法如下:由于這種刀架的負(fù)載扭矩主要用來克服刀具質(zhì)量的不平衡,估算按如下的情況進(jìn)行:用平均重力的刀具插滿刀盤的半個(gè)圓,根據(jù)工藝要求所需的各種刀具,確定每個(gè)刀具的(包括刀柄)平均重力,而其重心則設(shè)定為離刀架回轉(zhuǎn)中心2/3半徑處。由以上的方法可知,由于是8工位動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架,因而插滿刀盤的半個(gè)圓需要4把刀具。設(shè)工藝要求所需的每個(gè)刀具的平均重力=4.9N;刀盤的回轉(zhuǎn)中心直徑D=312.5mm。
則有
2) 刀架加速扭矩的估算
(4-3)
式中 ----刀架換刀時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min);
---加速時(shí)間,通常取150~200ms;
---電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量(),可查樣本;
---負(fù)載慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量().
3) 負(fù)載慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量的估算
(4-4)
式中 ---各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量();
---各旋轉(zhuǎn)件的角速度();
---各直線運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量();
---各直線運(yùn)動(dòng)件的速度();
---伺服電機(jī)的角速度().
4) 各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的估算
由刀架的結(jié)構(gòu)簡圖可知,刀架在完成換刀動(dòng)作時(shí),伺服電機(jī)帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)的部件共3個(gè),它們分別是從動(dòng)盤,刀架主軸和刀盤。因而只需估算這三者的傳動(dòng)慣量即可。
(1) 刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算
其主要尺寸如下:刀盤外徑D1=382mm;刀盤與刀架主軸相連的孔徑d1=80mm;刀盤寬P=69mm。
則刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
=1.13
(2)刀架主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按如下的方法估算:
刀架主軸的最大直徑dmax=119mm;最小直徑dmin=36mm;刀架主軸長度取l=503.3mm
則刀架主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
=0.2237
(3)從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算
其主要尺寸如下:從動(dòng)盤分度圓直徑D2=117mm,寬度P=20mm
則從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
=0.0028
求得圓柱凸輪的分度圓直徑Dh32=50mm
圓柱凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
=0.0002
(4) 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算
由于聯(lián)軸器已標(biāo)準(zhǔn)化,查表取聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
(5) 對各旋轉(zhuǎn)件的角速度作如下設(shè)定:
伺服電機(jī)的角速度 ;
凸輪的角速度 ;
從動(dòng)盤的角速度
刀架主軸的角速 ;
刀盤轉(zhuǎn)位時(shí)的角速度 。
則將以上計(jì)算所得的數(shù)據(jù)代入下式: 得負(fù)載慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量
=0.000373
??;刀架換刀時(shí)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速;伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jm=0.00003。
則刀架加速扭矩
=
6) 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出扭矩的估算
驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩應(yīng)同時(shí)滿足刀架負(fù)載扭矩和加速扭矩之和,將以上計(jì)算的刀架負(fù)載扭矩和加速扭矩?fù)Q為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸上的輸出扭矩的公式為:
(4-5)
式中 ----傳動(dòng)效率 取0.75。
則有
考慮到實(shí)際情況比計(jì)算時(shí)所設(shè)定條件復(fù)雜,電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)為的1.2~1.5倍。
所以取
經(jīng)查閱西門子電機(jī)手冊,選項(xiàng)用西門子1FT6交流伺服電動(dòng)機(jī)。該電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1500r/min,額定輸出轉(zhuǎn)矩為5N·m,額定功率為0.4kW。
4.2.2凸輪機(jī)構(gòu)的選用及計(jì)算
圓柱凸輪機(jī)構(gòu)有著良好的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力性能,在各種動(dòng)力機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用。
4.2.2.1凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用
我們了解到棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)和不完全齒輪機(jī)構(gòu)等等機(jī)構(gòu),由于結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力條件的限制,一般只能用于低速的場合。而凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)則可以通過合理地選擇轉(zhuǎn)盤的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,使得機(jī)構(gòu)傳動(dòng)平穩(wěn),動(dòng)力特性較好,沖擊振動(dòng)較小,而且轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)位精確,不需要專門的定位裝置,因而常用于高速轉(zhuǎn)位(分度)機(jī)構(gòu)中。但凸輪加工較復(fù)雜,精度要求較高,裝配調(diào)整也比較困難。在電機(jī)矽鋼片的沖槽機(jī)、拉鏈嵌齒機(jī)、火柴包裝機(jī)等機(jī)械裝置中,都應(yīng)用了凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)高速分度運(yùn)動(dòng)。
這種凸輪機(jī)構(gòu)可以通過調(diào)整凸輪與轉(zhuǎn)盤中心距來消除滾子與凸輪突脊接觸的間隙,傳動(dòng)可靠、平穩(wěn),轉(zhuǎn)盤可以實(shí)現(xiàn)任何運(yùn)動(dòng)
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數(shù)控車床
自動(dòng)
回轉(zhuǎn)
刀架
設(shè)計(jì)
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數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì),數(shù)控車床,自動(dòng),回轉(zhuǎn),刀架,設(shè)計(jì)
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